壓縮天然氣加氣機屬于強制檢定的計量器具，其計量準確度直接關系到貿易公平，影響經營方與消費者的實際利益，是計量管理的重要對象，所以壓縮天然氣加氣機的檢定工作受到社會的高度關注。壓縮天然氣加氣機的計量檢定結果的準確、可靠，更體現了計量檢定的公正性和法治性。

 

1 壓縮天然氣加氣機簡介

壓縮天然氣加氣機是為汽車儲氣容器充裝壓縮天然氣，并帶有計量和計價等裝置的專用設備。

1.1  壓縮天然氣加氣機構造

壓縮天然氣加氣機由質量流量計、電子計控器、拉斷閥、快速切斷閥、加氣槍等主要部分組成的一個完整的壓縮天然氣累積量測量系統。

1.2  壓縮天然氣加氣機工作原理

氣源中的天然氣進入加氣機后，經過進氣閥、氣體過濾器、電磁閥，進入質量流量計進行計量，然后經過快速切斷閥、拉斷閥、高壓軟管和加氣槍注入儲氣容器，完成加氣工作。電子計控器控制加氣過程，并根據流量計輸出的流量信號和限壓傳感器輸出的壓力信號等進行運算、顯示和控制電磁閥。

圖 1 為壓縮天然氣加氣機的工作原理圖。

 

2 壓縮天然氣加氣機檢定方法

根據 JJG996-2012《壓縮天然氣加氣機》檢定規程，壓縮天然氣加氣機的非常大允許誤差為 ±1.0%。示值誤差的計算公式如式（1）所示。

式中，E 為測量的示值誤差，%；MJ 測量時加氣機的示值，g；MS 為測量時標準裝置的示值，kg。根據計量法規定，強制檢定計量器具的檢定執行檢定規程，檢定規程中壓縮天然氣加氣機的檢定方法分為質量法和標準表法。

 

2.1  質量法

質量法是一種靜態檢定法，質量法氣體流量標準裝置選用高準確度等級的電子天平作為主標準器，將電子天平的示值作為標準值，加氣機的讀數作為測量值，通過式（1）計算得到該加氣機的示值誤差，判定是否合格（圖 2）。

2.2  標準表法

標準表法是一種動態檢定法。標準表法氣體流量標準裝置選用準確度高的高壓氣體質量流量計作為標準表。將標準裝置串聯在加氣機與儲氣瓶之間，連通后標準裝置清零加氣，天然氣經過加氣槍進入標準裝置，再加入儲氣瓶。以標準裝置的讀數作為標準值，加氣機的讀數作為測量值，通過公式

（1）計算得到誤差，判定是否合格（圖 3）。

 

3 影響壓縮天然氣加氣機檢定結果的因素

3.1  加氣機自身的影響

加氣機的核心部件是質量流量計，加氣機內質量流量計的準確度難以保證。但加氣站一般不拆卸質量流量計進行檢定、校準，只按照檢定規程對加氣機整機進行檢定，所以會影響加氣機計量的穩定性和重復性。同時，電磁閥、電磁計控器、拉斷閥、快速切斷閥也會磨損老化，影響加氣機的計量準確度。

 

3.2  計量單位的影響

目前各法檢定機構多數以標準表法進行檢定，市場使用的壓縮天然氣加氣機和各法定計量機構的檢定裝置，皆采用質量流量計計量，即計量單位為（kg），但物價部門以（m3）計價。要實現計量單位到結算單位的轉換，需要在電子計控器上引入天然氣密度參數，利用式（2）進行單位換算，達到計價的目的。

V=m/p * K  （2）

 

式中，V 為天然氣體積，m3；m 為天然氣質量，kg；ρ為天然氣密度，kg/m3；K 為加氣機當量系數。

 

由式（2）可得，影響天然氣體積的因素分別為質量、密度、加氣機當量系數。質量可由質量流量計測量，可準確控制；當量系數為加氣機安裝完成后設置，可通過對當量系數的微調控制加氣機的誤差。密度為人工輸入加氣機中的參數。加氣站的氣源不固定，不同氣源的密度不同，即使同一氣源的天然氣，密度也難以保證不變。目前的做法是將壓縮天然氣密度固定在一個經驗值，即 0.7000kg/m3，這顯然無法反映天然氣的真實狀況，從而無法保證計量的準確性。

 

3.3  密度的影響

上文中提到，天然氣密度不穩定，難以現場檢測。壓縮天然氣加氣機檢定裝置中需要手動輸入被檢天然氣密度，從而計算被檢天然氣的體積，與加氣機體積示值對比，計算誤差。然而，針對某一批次的天然氣，加氣機可能根據氣質報告更改了密度，但是，檢定裝置依然使用固定的經驗密度值，也可能檢定時檢定裝置更改了密度，但加氣機中的密度未更改，這就導致了計量的不準確。根據式（2）可得出，以加氣機設定經驗密度值 0.7000kg/m3 為例，如果檢定裝置密度改變 0.01kg/m3，計量誤差就會改變 1.4% 左右，已超過加氣機的非常大允許誤差。

 

選取一加氣站穩定計量的壓縮天然氣加氣機一臺，在不改變其他因素的情況下，改變加氣機中的密度參數進行試驗，檢定裝置中，天然氣的密度統一設定為 0.7000kg/m3，試驗結果如表 1 ～ 3 所示。

 

由試驗可得出，密度改變 0.01kg/m3，加氣機的示值誤差變化1.35%左右，與式（2）理論計算得出的誤差變化值接近。可見密度對加氣機示值誤差影響較大。

 

3.4  溫度和壓力的影響

壓縮天然氣的密度是溫度為 20 ℃， 大 氣 壓 力 值 為101.325kPa下統一狀態的密度。密度隨著溫度的升高而降低，隨著壓力的升高而升高。在一般情況下，溫度和壓力不會對質量流量計產生影響，而環境溫度和壓力改變時，會對壓縮天然氣的密度產生影響，從而導致其密度與提前輸入至加氣機中的密度值存在偏差。但在壓縮天然氣加氣機檢定過程中，加氣機的壓力和溫度與檢定裝置的壓力和溫度基本一致，此處可忽略壓力和溫度變化對檢定結果的影響。但是，溫度變化對天然氣的計量影響較大，特別是在冬季低溫時，加氣站計量問題的投訴次數明顯增加。溫度對天然氣體積的影響如

式（3）所示：

 

 

式 中，Vg 為 測 量 條 件 下 天 然 氣 的 體 積；Vb 為 基準 氣 體 溫 度 下 的 體 積；Tb 為測量條件下的天然氣溫度(tg+273.15k)；Tg 為基準氣體熱力學溫度 293.15K（20℃）。

 

以 0℃時為例，天然氣體積較 20℃時減少 7.3%，在質量一定的情況下，此時的密度比 20℃時增加 7.3%。在不改變加氣機密度設置的情況下，加氣機無法滿足計量要求。但因加氣機檢定裝置的工況溫度與加氣機相近，無法實際檢測出此時的計量超差。

 

3.5  人為因素的影響

加氣機計量誤差是通過天然氣密度和當量系數來調整的，個別加氣站人員通過私自調整密度和當量系數獲取不當利益，從而造成計量監管的風險。

 

4 對壓縮天然氣加氣機檢定監管的建議

4.1  提高加氣機自身準確度

加氣站經營者須定期對加氣機進行維保，保證加氣機各部位合格。通過每次的強制檢定數據，制作加氣機穩定性折線圖，以觀測加氣機的穩定性和重復性。定期對加氣機內的質量流量計進行檢定、校準，保證加氣機核心部件的準確度。

 

4.2  改變計價方法

計量單位與結算單位不一致可通過修改計價單位和計價方式來解決。如浙江省已于 2015 年將壓縮天然氣加氣機結算單位由（m3）改為（kg），消除密度的影響。也可使用目前大力推廣的能源計量。天然氣的價值所在是其蘊含的發熱量，因此，能量計量法要比體積計量法和質量計量法更能體現天然氣的本質價值，也更公平合理。

 

4.3  及時更新密度參數

應針對每批次氣源，根據氣質報告，及時更新加氣機中的密度參數。

 

在進行計量檢定時，首先，應根據氣質報告檢查加氣機中的密度參數是否正確；其次，在檢定裝置中輸入氣質報告中的密度，消除密度設置不統一帶來的影響。

 

4.4  增加溫補裝置

溫度對加氣機計量的影響較大，檢定裝置也處在相同工況下，無法將溫度的影響計算進去。可參照目前的溫補膜式燃氣表，在加氣機計控器和加氣機檢定裝置上加入溫度補償，根據式（3）計算，可降低溫度對計量的影響。

 

4.5  加強計量監管

加氣機密度的輸入必須由法定計量檢定部門進行統一管理，如果加氣站需要調整密度，必須向法定計量檢定部門申請，由檢定人員統一做出密度調整，并將加氣機主板、調整機構加鉛封，經檢定合格后方可使用。

 

5 結語

本文介紹了加氣機的工作原理和檢定方法，根據壓縮天然氣加氣機檢定中發現的問題，分析了加氣機計量檢定的影響因素，并提出了合理化的對策建議。但是，要想改變加氣機計量檢定存在的問題根源，必須推進加氣機貿易結算單位的改革，非常終才能解決密度因素帶來的計量問題。